[0024] 其中，V。表示电容的初始电压，R为电阻R的阻值，C表示电容的容值。该电路中， 电容C的初始电压为V孤，经过时间ttik2后，电容电压下降至（V孤-Vthp),可W计算出：
[002引 tcik2= RC ? (In (V dd/ (VoD-Vthp)) 做
[00%] 综合第一阶段和第二阶段的分析，可得到振荡器的时钟周期为：
[0027] tcik -tdiu+tcik2一RC?In(Vdd/(VoD-Vthp)) (4)
[0028] 即振荡器的时钟周期依赖于电阻R、电容C、电源电压VDD及第一反相器中PMOS开 关管S2的阔值电压Vthp。
[0029] 本【具体实施方式】中，振荡器的电源电压由具有高电源抑制比的线性稳压器（LDO) 来提供，所W振荡器的电源电压VDD可W保持恒定。电容选用金属-绝缘层-金属（MIM) 电容，因此电容C的容值几乎不随溫度变化。而电阻R的阻值是随溫度线性变化的，例如片 上电阻，其溫度特性可W近似表达为：
[0030] R(T) =Ro(!+TC(T-To)) (5)
[00川其中R(T)为电阻在不同溫度下的阻值，T。为25°C，R。为25°C时的电阻阻值，TC为 电阻的溫度系数，TC的数值一般在0.0 Ol量级左右。由不同材料制备的电阻会具备不同的 溫度系数TC,溫度系数可W为正值，也可W为负值，但其绝对值均在0.0 Ol量级左右。
[0032] 对于第一反相器中PMOS开关管S2的阔值电压Vthp,其随溫度的变化的表达式为： 阳03；3] VthP=VthPO-Q-(T-To) (6)
[0034] 其中，T。为25°C，VthpD为25°C时所述第一反相器中的PMOS开关管S2的阔值电压， 为常数，在0. 5V左右。a在（0. 5~3)mV/°C的范围内。
[00对将公式妨和（6)代入公式（4)中，可W推算得到如下表达式（7):
[0036]
[0037] 本【具体实施方式】中，第一反相器的输入信号下降沿的阔值电压随溫度线性变化， 且线性变化的比例系数在（0. 5~3)mV/°C的范围内，值很小，则在一定溫度范围内（如0~ 100°C )，可W近似计算得到如下表达式（8):
[0039] 各器件加工制作后，上述表达式中的参数Vthp。，a，TC都是常数，是固定的。如果 运=个参数满足
为0,则该振荡器的时钟周期将不随溫度变化。如果运=个参 数满足
为非0,由于上述表达式中，VthPD在0. 5V左右，a在（0. 5~3)mV/°C的 范围内，电阻的溫度系数TC在0.0 Ol量级，所W
项经过计算后也是一个接近0 且远小于1的值，即此时振荡器的时钟周期将随溫度小幅度地线性变化。
[0040] 综上，本【具体实施方式】的环形振荡器，通过开关管、电阻、电容W及两个反相器的 连接改进，且开关管的导通电阻值远小于电阻的阻值，第一反相器的阔值电压随溫度线性 变化，且线性变化的比例系数很小，从而振荡器工作产生的振荡频率随溫度的变化近似为 线性变化，且线性变化的系数可为0或者为接近0,且远小于1的值，从而振荡频率不随溫度 变化或者仅随溫度小幅度地线性变化。本【具体实施方式】的环形振荡器结构简单，时钟周期 主要由电阻、电容等的参数决定，最终能产生稳定或者随溫度小幅度线性变化的参考时钟， 可有效地应用在大多数领域。
[0041] W上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于运些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为 属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种环形振荡器，其特征在于：包括第一开关管，电阻，电容，第一反相器和第二反 相器；所述第一开关管的第一端连接电源的输出端，第二端连接所述电阻的第一端、所述 电容的第一端以及所述第一反相器的输入端，所述电阻的第二端与所述电容的第二端相连 后接地，所述第一反相器的输出端连接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出 端连接所述第一开关管的控制端；所述第一开关管的导通电阻值远小于所述电阻的阻值； 所述第一反相器的输入信号下降沿的阈值电压随温度线性变化，且线性变化的比例系数在 (0· 5~3)mV/°C的范围内。2. 根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：所述第一反相器的输入信号下降 沿的阈值电压为Vthp与温度T的关系式为：Vthp=Vthp。一α·(T-T。)，其中，T。为25°C， Vthp。为25°C时所述第一反相器的输入信号下降沿的阈值电压，α在（0.5~3)mV/°C的范 围内。3. 根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：还包括第三反相器和第四反相器， 所述第三反相器的输入端连接所述第二反相器的输出端，所述第三反相器的输出端连接所 述第四反相器的输入端，所述第四反相器的输出端连接所述第一开关管的控制端。4. 根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：所述第一反相器和第二反相器的 内部延时时间远小于RC，其中，R表示所述电阻的阻值；C表示所述电容的容值。5. 根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：所述第一反相器包括第二开关管 和第三开关管；所述第二开关管为PMOS开关管，所述第三开关管为NMOS开关管；所述第二 开关管的控制端与所述第三开关管的控制端相连，相连端作为所述第一反相器的输入端， 所述第二开关管的第一端作为正电压输入端，所述第三开关管的第一端作为负电压输入 端，所述第二开关管的第二端与所述第三开关管的第二端相连，相连端作为所述第一反相 器的输出端。6. 根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：所述第二反相器包括第四开关管 和第五开关管；所述第四开关管为PMOS开关管，所述第五开关管为NMOS开关管；所述第四 开关管的控制端与所述第五开关管的控制端相连，相连端作为所述第二反相器的输入端， 所述第四开关管的第一端作为正电压输入端，所述第五开关管的第一端作为负电压输入 端，所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第二端相连，相连端作为所述第二反相 器的输出端。7. 根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：所述电容为金属-绝缘层-金属 结构的电容。8. 根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：所述电阻为片上电阻。9. 根据权利要求8所述的环形振荡器，其特征在于：所述电阻为具有正温度系数的电 阻或者具有负温度系数的电阻。10. 根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于：所述电源通过线性稳压器提供。
【专利摘要】本发明公开了一种环形振荡器，包括第一开关管，电阻，电容，第一反相器和第二反相器；所述第一开关管的第一端连接电源的输出端，第二端连接所述电阻的第一端、所述电容的第一端以及所述第一反相器的输入端，所述电阻的第二端与所述电容的第二端相连后接地，所述第一反相器的输出端连接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接所述第一开关管的控制端；所述第一开关管的导通电阻值远小于所述电阻的阻值；所述第一反相器的输入信号下降沿的阈值电压随温度线性变化，且线性变化的比例系数在(0.5～3)mV/℃的范围内。本发明的环形谐振器的振荡频率不会随温度非线性地大幅度变化。
【IPC分类】H03K3/03, H03K3/011
【公开号】CN105391429
【申请号】CN201510946426
【发明人】唐仙, 张春, 王志华
【申请人】清华大学深圳研究生院
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月16日